JP3222457B2 - Ｆｉｔ型固体撮像素子 - Google Patents
Ｆｉｔ型固体撮像素子Info
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- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 20
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
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- LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N ac1ldcw0 Chemical group Cl.C1CN(C)CCN1C1=C(F)C=C2C(=O)C(C(O)=O)=CN3CCSC1=C32 LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はFIT型固体撮像素子に係わり、特に、画素数
を多くするとともにサイズを小型化するものに用いて好
適なものである。
を多くするとともにサイズを小型化するものに用いて好
適なものである。
＜発明の概要＞ 本発明のFIT型固体撮像素子は、光信号電荷を生成す
るための受光部におけるゲート酸化膜の膜厚と、上記受
光部で生成された光信号電荷を一時蓄積するための蓄積
部におけるゲート酸化膜の膜厚とを異ならせることによ
り、上記蓄積部における垂直レジスタ（以下Ｖレジスタ
という）の暗電流を増加させることなく、上記受光部に
おけるＶレジスタの取扱い電荷量を増大させることが出
来るようにして、開口率を大きく保つことと、Ｖレジス
タの暗電流を増加させないことの両方を可能にしながら
ユニットセルサイズを微細化出来るようにしたFIT型固
体撮像素子である。
るための受光部におけるゲート酸化膜の膜厚と、上記受
光部で生成された光信号電荷を一時蓄積するための蓄積
部におけるゲート酸化膜の膜厚とを異ならせることによ
り、上記蓄積部における垂直レジスタ（以下Ｖレジスタ
という）の暗電流を増加させることなく、上記受光部に
おけるＶレジスタの取扱い電荷量を増大させることが出
来るようにして、開口率を大きく保つことと、Ｖレジス
タの暗電流を増加させないことの両方を可能にしながら
ユニットセルサイズを微細化出来るようにしたFIT型固
体撮像素子である。
＜従来の技術＞ 例えば、TVカメラ等の撮像素子として、FIT型固体撮
像素子が用いられている。このような固体撮像素子（以
下CCDと記載する）は、電荷集積機能と転送機能との両
方の機能を持つため、自己走査型撮像デバイスとして用
いて好適なものである。
像素子が用いられている。このような固体撮像素子（以
下CCDと記載する）は、電荷集積機能と転送機能との両
方の機能を持つため、自己走査型撮像デバイスとして用
いて好適なものである。
ところで、CCDを用いた撮像デバイスにおいて、ユニ
ットセルサイズが微細化されて行くと開口率が低下して
感度が下がってしまう問題がある。また、更にユニット
セルサイズの微細化が進むとアルミニウムALの開口部を
加工することが出来なくなってしまう不都合が発生す
る。
ットセルサイズが微細化されて行くと開口率が低下して
感度が下がってしまう問題がある。また、更にユニット
セルサイズの微細化が進むとアルミニウムALの開口部を
加工することが出来なくなってしまう不都合が発生す
る。
そこで、ユニットセルサイズを微細化し、なおかつ開
口面積を大きくするために、上記受光部におけるＶレジ
スタの単位面積当たりの取扱い電荷量を増加させ、その
分だけ上記Ｖレジスタの幅を細く形成することが考えら
れる。
口面積を大きくするために、上記受光部におけるＶレジ
スタの単位面積当たりの取扱い電荷量を増加させ、その
分だけ上記Ｖレジスタの幅を細く形成することが考えら
れる。
＜発明が解決しようとする課題＞ 上記Ｖレジスタの単位面積当たりの取扱い電荷量を増
加させるためには、例えばゲート酸化膜を薄くすればよ
い。しかし、ゲート酸化膜を薄くすると、Ｖレジスタの
電界が大きくなり、その結果暗電流が増加してしまう欠
点があった。
加させるためには、例えばゲート酸化膜を薄くすればよ
い。しかし、ゲート酸化膜を薄くすると、Ｖレジスタの
電界が大きくなり、その結果暗電流が増加してしまう欠
点があった。
本発明は上述の問題点に鑑み、開口率を低下させた
り、或いはＶレジスタの暗電流を増加させたりすること
なくユニットセルサイズを小型化出来るようにすること
を目的とする。
り、或いはＶレジスタの暗電流を増加させたりすること
なくユニットセルサイズを小型化出来るようにすること
を目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明の固体撮像素子は、光信号電荷を生成するため
の受光部と、上記受光部で生成された光信号電荷を一時
蓄積するための蓄積部とが設けられた固体撮像素子にお
いて、上記受光部における垂直レジスタ（Ｖレジスタ）
のゲート酸化膜の厚さと、上記蓄積部における垂直レジ
スタ（Ｖレジスタ）のゲート酸化膜の厚さとを異ならせ
るようにしたものである。
の受光部と、上記受光部で生成された光信号電荷を一時
蓄積するための蓄積部とが設けられた固体撮像素子にお
いて、上記受光部における垂直レジスタ（Ｖレジスタ）
のゲート酸化膜の厚さと、上記蓄積部における垂直レジ
スタ（Ｖレジスタ）のゲート酸化膜の厚さとを異ならせ
るようにしたものである。
＜作用＞ 光信号電荷を生成するための受光部におけるＶレジス
タのゲート酸化膜の膜厚と、上記受光部で生成された光
信号電荷を一時蓄積するための蓄積部におけるＶレジス
タのゲート酸化膜の膜厚とを異ならせ、上記受光部にお
けるＶレジスタの電界の強さと、上記蓄積部におけるＶ
レジスタの電界の強さとを変えることが出来るようにす
る。これにより、フレーム転送周波数を大きくすること
により暗電流を小さくすることが可能な受光部は、ゲー
ト酸化膜の膜厚を薄くして電界を強めることにより、Ｖ
レジスタの単位面積当たりの取扱い電荷量を増大させ
る。
タのゲート酸化膜の膜厚と、上記受光部で生成された光
信号電荷を一時蓄積するための蓄積部におけるＶレジス
タのゲート酸化膜の膜厚とを異ならせ、上記受光部にお
けるＶレジスタの電界の強さと、上記蓄積部におけるＶ
レジスタの電界の強さとを変えることが出来るようにす
る。これにより、フレーム転送周波数を大きくすること
により暗電流を小さくすることが可能な受光部は、ゲー
ト酸化膜の膜厚を薄くして電界を強めることにより、Ｖ
レジスタの単位面積当たりの取扱い電荷量を増大させ
る。
一方、蓄積部においては、ゲート酸化膜の膜厚を薄く
しないことによりその電界強度を抑えるようにして、暗
電流の増加を防止する。これにより、開口率を大きく保
つことと、Ｖレジスタの暗電流を増加させないことの両
方を満足させながら、ユニットセルサイズの微細化を可
能にする。８ ＜実施例＞ 第１図は、本発明の一実施例を示すFIT型固体撮像素
子の模式的な平面図である。
しないことによりその電界強度を抑えるようにして、暗
電流の増加を防止する。これにより、開口率を大きく保
つことと、Ｖレジスタの暗電流を増加させないことの両
方を満足させながら、ユニットセルサイズの微細化を可
能にする。８ ＜実施例＞ 第１図は、本発明の一実施例を示すFIT型固体撮像素
子の模式的な平面図である。
第１図から明らかなように、実施例の固体撮像素子は
受光部１、蓄積部２、Ｈレジスタ３等により構成されて
いる。
受光部１、蓄積部２、Ｈレジスタ３等により構成されて
いる。
受光部１は、光信号電荷を生成するために設けられて
いるもので、入射光量に比例した光信号電荷を生成して
蓄積部２に転送する。
いるもので、入射光量に比例した光信号電荷を生成して
蓄積部２に転送する。
蓄積部２は、受光部１から送られた光信号電荷を一時
蓄えるために設けられているもので、ここに蓄えられた
光信号電荷がＨレジスタ３を経て１ライン毎に順次読み
出される。
蓄えるために設けられているもので、ここに蓄えられた
光信号電荷がＨレジスタ３を経て１ライン毎に順次読み
出される。
第２図の平面図に示すように、受光部１には画素を構
成する光信号電荷を生成するためのユニットセル４が所
定の配列に従って縦方向および横方向に複数個設けられ
ている。各ユニットセル４の表面はアルミニウムの膜６
で被われており、第２図および第３図に示すように、そ
の一部に開口部５が形成されている。
成する光信号電荷を生成するためのユニットセル４が所
定の配列に従って縦方向および横方向に複数個設けられ
ている。各ユニットセル４の表面はアルミニウムの膜６
で被われており、第２図および第３図に示すように、そ
の一部に開口部５が形成されている。
したがって、第３図に示すように固体撮像素子に照射
された光10は、開口部５から内部に入り、ゲート酸化膜
７を通ってSi基板８に入射する。開口部５の下側に位置
するSi基板８は、センサ部11として構成されていて、こ
こで入射光量に応じた量の光信号電荷12が生成される。
された光10は、開口部５から内部に入り、ゲート酸化膜
７を通ってSi基板８に入射する。開口部５の下側に位置
するSi基板８は、センサ部11として構成されていて、こ
こで入射光量に応じた量の光信号電荷12が生成される。
上記光信号電荷12は、第３図中矢印で示すように、所
定のタイミングでもってＶレジスタ13に転送される。Ｖ
レジスタ13は、センサ部11から与えられた光信号電荷12
を垂直方向に、すなわち、第１図および第２図において
下方に転送する。このような光信号電荷12の転送は、ポ
リシリコンの電極14に転送用電圧を加え、Si基板８中に
ポテンシャルの井戸を形成することにより行われる。な
お、光信号電荷12の転送中にも光が照射されているた
め、それが転送部に入射すると偽信号電荷が発生してし
まい、これがスミアの原因となる。これを防ぐために、
上記したように受光部と転送部とを分離するとともに、
転送部をアルミニウムの膜６で被って偽信号電荷が発生
しないようにしている。
定のタイミングでもってＶレジスタ13に転送される。Ｖ
レジスタ13は、センサ部11から与えられた光信号電荷12
を垂直方向に、すなわち、第１図および第２図において
下方に転送する。このような光信号電荷12の転送は、ポ
リシリコンの電極14に転送用電圧を加え、Si基板８中に
ポテンシャルの井戸を形成することにより行われる。な
お、光信号電荷12の転送中にも光が照射されているた
め、それが転送部に入射すると偽信号電荷が発生してし
まい、これがスミアの原因となる。これを防ぐために、
上記したように受光部と転送部とを分離するとともに、
転送部をアルミニウムの膜６で被って偽信号電荷が発生
しないようにしている。
Ｖレジスタ13の単位面積当たりの取扱電荷量は、電界
の強さに応じて変化する。すなわち、取扱電荷量と各部
の寸法との関係は、単位面積当たりの容量をＣ、面積を
Ｓ、ゲート酸化膜７の厚さをｄとした場合、 Ｃ・Ｓ＝ε・S/d ……（１） となる。したがって、単位面積当たりの取扱電荷量を増
加させるためには、ゲート酸化膜７の厚さを薄くしてＶ
レジスタ13に加えられる電界を強くするか、或いは面積
Ｓを大きくすればよいことがわかる。しかし、ゲート酸
化膜７を薄くすると、上記したように暗電流が増加する
不都合が発生する。
の強さに応じて変化する。すなわち、取扱電荷量と各部
の寸法との関係は、単位面積当たりの容量をＣ、面積を
Ｓ、ゲート酸化膜７の厚さをｄとした場合、 Ｃ・Ｓ＝ε・S/d ……（１） となる。したがって、単位面積当たりの取扱電荷量を増
加させるためには、ゲート酸化膜７の厚さを薄くしてＶ
レジスタ13に加えられる電界を強くするか、或いは面積
Ｓを大きくすればよいことがわかる。しかし、ゲート酸
化膜７を薄くすると、上記したように暗電流が増加する
不都合が発生する。
また、面積Ｓを大きくすると、ユニットセル４のサイ
ズを小型化することが出来なくなったり、開口部を形成
することが出来なくなったりする不都合が発生する。
ズを小型化することが出来なくなったり、開口部を形成
することが出来なくなったりする不都合が発生する。
そこで、本実施例においては上記したような不都合な
くＶレジスタ13の取扱電荷量を増加させるために、第４
図の断面図に示すように、受光部１のゲート酸化膜の厚
さと蓄積部２のゲート酸化膜の厚さとを異ならせ、受光
部１のゲート酸化膜7aを薄くするとともに、蓄積部２の
ゲート酸化膜7bを受光部１のゲート酸化膜7aよりも厚く
している。
くＶレジスタ13の取扱電荷量を増加させるために、第４
図の断面図に示すように、受光部１のゲート酸化膜の厚
さと蓄積部２のゲート酸化膜の厚さとを異ならせ、受光
部１のゲート酸化膜7aを薄くするとともに、蓄積部２の
ゲート酸化膜7bを受光部１のゲート酸化膜7aよりも厚く
している。
このように、受光部１と蓄積部２とでゲート酸化膜の
厚さを異ならせることは、全体の構成をMONOS構造にす
ることにより、すなわち上から順にポリシリコン（＋
Ｍ）膜、SiO2膜、SiN膜、SiO2膜、Si基板の順番になる
ように形成することにより容易に行うことが出来る。
厚さを異ならせることは、全体の構成をMONOS構造にす
ることにより、すなわち上から順にポリシリコン（＋
Ｍ）膜、SiO2膜、SiN膜、SiO2膜、Si基板の順番になる
ように形成することにより容易に行うことが出来る。
これを、第４図の断面図に従って具体的に説明する
と、先ず、熱酸化等の方法によりSi基板８上にゲート酸
化膜７を形成するとともに、その上側にCVD等によりSiN
膜を形成する。次いで、第４図中において破線で示すよ
うに、蓄積部２のSiN膜を除去し、その後で、もう一度
熱酸化を行う。この２回目の熱酸化工程においては、Si
N膜がマスクとして作用するので、受光部１ではSiO2膜
はあまり成長しない。
と、先ず、熱酸化等の方法によりSi基板８上にゲート酸
化膜７を形成するとともに、その上側にCVD等によりSiN
膜を形成する。次いで、第４図中において破線で示すよ
うに、蓄積部２のSiN膜を除去し、その後で、もう一度
熱酸化を行う。この２回目の熱酸化工程においては、Si
N膜がマスクとして作用するので、受光部１ではSiO2膜
はあまり成長しない。
一方、蓄積部２の場合は、SiN膜が取り除かれてSiO2
膜が露出しているので、受光部１と比較して格段と速い
速度でSiO2膜を成長させることが出来る。したがって、
受光部１と蓄積部２とで、ゲート酸化膜７の厚さを異な
らせることが出来、例えば、受光部１のゲート酸化膜7a
の厚さW1を450Åにするとともに、蓄積部２のゲート酸
化膜7bの厚さを、従来のNTSC用のCCD固体撮像素子と同
様に660Åにすることが出来る。
膜が露出しているので、受光部１と比較して格段と速い
速度でSiO2膜を成長させることが出来る。したがって、
受光部１と蓄積部２とで、ゲート酸化膜７の厚さを異な
らせることが出来、例えば、受光部１のゲート酸化膜7a
の厚さW1を450Åにするとともに、蓄積部２のゲート酸
化膜7bの厚さを、従来のNTSC用のCCD固体撮像素子と同
様に660Åにすることが出来る。
このようにして、ゲート酸化膜7aの厚さを薄くするこ
とにより、受光部１のＶレジスタ13においては、取扱い
電荷量を大幅に増加させることが出来る。一方、この場
合、蓄積部２においては、ゲート酸化膜7bの膜厚を薄く
していないので、暗電流が発生する不都合はない。しか
し、そのままでは蓄積部２のＶレジスタ13の取扱い電荷
量を多くすることが出来ない。そこで、本実施例では蓄
積部２の大きさは光学系によってあまり影響を受けない
ことに着目し、蓄積部２の面積を大きくしてその取扱い
電荷量を多くするようにした。
とにより、受光部１のＶレジスタ13においては、取扱い
電荷量を大幅に増加させることが出来る。一方、この場
合、蓄積部２においては、ゲート酸化膜7bの膜厚を薄く
していないので、暗電流が発生する不都合はない。しか
し、そのままでは蓄積部２のＶレジスタ13の取扱い電荷
量を多くすることが出来ない。そこで、本実施例では蓄
積部２の大きさは光学系によってあまり影響を受けない
ことに着目し、蓄積部２の面積を大きくしてその取扱い
電荷量を多くするようにした。
蓄積部２の面積をどの程度大きくすればよいのかを試
算した結果を以下に示す。
算した結果を以下に示す。
すなわち、ゲート酸化膜の膜厚はSiO2換算で、受光部
１が450Åで蓄積部２が600Åなので、蓄積部２の取扱い
電荷量は、 450÷660＝0.68 ……（２） となり、受光部１の取扱い電荷量の0.68倍となる。した
がって、取扱い電荷量の不足分を増やすのをユニットセ
ルサイズを大きくすることで対応する場合、 １÷0.68≒1.5 ……（３） なので、蓄積部２においてはピッチを約1.5倍にすれば
よいことになる。
１が450Åで蓄積部２が600Åなので、蓄積部２の取扱い
電荷量は、 450÷660＝0.68 ……（２） となり、受光部１の取扱い電荷量の0.68倍となる。した
がって、取扱い電荷量の不足分を増やすのをユニットセ
ルサイズを大きくすることで対応する場合、 １÷0.68≒1.5 ……（３） なので、蓄積部２においてはピッチを約1.5倍にすれば
よいことになる。
そこで、これを受光部１のピッチが7.6で蓄積部２の
ピッチが5.0の或る集積回路に適用した場合について試
算してみると、 7.6＋5.0×1.5/7.6＋5.0≒1.2 ……（４） となる。すなわち、チップサイズの増大は20％で済むこ
とが判った。
ピッチが5.0の或る集積回路に適用した場合について試
算してみると、 7.6＋5.0×1.5/7.6＋5.0≒1.2 ……（４） となる。すなわち、チップサイズの増大は20％で済むこ
とが判った。
ところで、ゲート酸化膜7aの厚さを薄くすると、受光
部１においては暗電流が増加する。しかし、実施例の固
体撮像素子はFIT型なので、フレームシフトの周波数を
高くすることにより、上記暗電流の大きさを所望の大き
さにまで小さくすることが出来るので、受光部１におい
て暗電流が増加しても問題は生じない。
部１においては暗電流が増加する。しかし、実施例の固
体撮像素子はFIT型なので、フレームシフトの周波数を
高くすることにより、上記暗電流の大きさを所望の大き
さにまで小さくすることが出来るので、受光部１におい
て暗電流が増加しても問題は生じない。
＜発明の効果＞ 本発明は上述したように、光信号電荷を生成するため
の受光部における垂直レジスタのゲート酸化膜の膜厚
と、上記受光部で生成された光信号電荷を一時蓄積する
ための蓄積部における垂直レジスタのゲート酸化膜の膜
厚とを異ならせるようにしたので、上記受光部における
電界の強さと、上記蓄積部における電界の強さとを変え
るようにすることが出来る。これにより、フレームシフ
ト周波数を大きくすることにより暗電流を小さくするこ
とが可能な受光部は、ゲート酸化膜の膜厚を薄くして電
界を強め、Ｖレジスタの単位面積当たりの取扱い電荷量
を増大させてその幅を狭く出来るようにする。一方、蓄
積部においては、ゲート酸化膜の膜厚を薄くしないで電
界強度を抑えるようにして、暗電流が発生しないように
する。これにより、上記受光部における開口率を大きく
保つこと、Ｖレジスタの暗電流を増加させないことの両
方を満足させながら、ユニットセルサイズを微細化する
ことが出来る。
の受光部における垂直レジスタのゲート酸化膜の膜厚
と、上記受光部で生成された光信号電荷を一時蓄積する
ための蓄積部における垂直レジスタのゲート酸化膜の膜
厚とを異ならせるようにしたので、上記受光部における
電界の強さと、上記蓄積部における電界の強さとを変え
るようにすることが出来る。これにより、フレームシフ
ト周波数を大きくすることにより暗電流を小さくするこ
とが可能な受光部は、ゲート酸化膜の膜厚を薄くして電
界を強め、Ｖレジスタの単位面積当たりの取扱い電荷量
を増大させてその幅を狭く出来るようにする。一方、蓄
積部においては、ゲート酸化膜の膜厚を薄くしないで電
界強度を抑えるようにして、暗電流が発生しないように
する。これにより、上記受光部における開口率を大きく
保つこと、Ｖレジスタの暗電流を増加させないことの両
方を満足させながら、ユニットセルサイズを微細化する
ことが出来る。
第１図は、FIT型固体撮像素子の模式的な平面図、 第２図は、受光部の部分拡大平面図、 第３図は、第２図中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、 第４図は、第１図中Ｙ−Ｙ線に沿う部分断面図である。 １……受光部， ２……蓄積部， ３……Ｈレジスタ， ４……ユニットセル， ５……開口部， 11……センサ部， 12……光信号電荷， 13……Ｖレジスタ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/00
Claims (2)
- 【請求項１】光信号電荷を生成するための受光部と、 前記受光部で生成された光信号電荷を一時蓄積するため
の蓄積部と が設けられた固体撮像素子において、 前記蓄積部における垂直レジスタのゲート酸化膜の厚さ
は前記受光部における垂直レジスタのゲート酸化膜の厚
さより厚い ことを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項２】前記固体撮像素子は、 前記蓄積部に蓄積された光信号電荷を１ライン毎に順次
読み出すFIT型固体撮像素子からなる ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26131790A JP3222457B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | Ｆｉｔ型固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26131790A JP3222457B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | Ｆｉｔ型固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04137763A JPH04137763A (ja) | 1992-05-12 |
| JP3222457B2 true JP3222457B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=17360125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26131790A Expired - Fee Related JP3222457B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | Ｆｉｔ型固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3222457B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2621773B2 (ja) * | 1993-10-21 | 1997-06-18 | 日本電気株式会社 | 固体撮像素子の製造方法 |
-
1990
- 1990-09-28 JP JP26131790A patent/JP3222457B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04137763A (ja) | 1992-05-12 |
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